針對柯薩奇病毒A16型的中和抗體并揭示其分子機制

　　2022年12月21日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）叢堯研究組與上海巴斯德研究所黃忠研究組合作，在《自然-通訊》（Nature Communications）上，在線發表了題為Molecular mechanism of antibody neutralization of coxsackievirus A16的研究論文。該研究開發了兩個針對柯薩奇病毒A16型（CVA16）的特異性單克隆抗體9B5和8C4，同時，基于冷凍電鏡及生化分析，闡明了上述特異性抗體所介導的中和保護的功能和結構基礎，為設計和開發CVA16疫苗和抗體療法提供了重要信息。

　　CVA16是小核糖核酸病毒科腸道病毒屬成員，是嬰幼兒手足口病（HFMD）的主要病原體之一。CVA16感染可致輕微和自限性癥狀以及嚴重的臨床并發癥，如腦炎、心肌炎、肺炎，甚至死亡。然而，目前尚無疫苗和治療藥物。中和抗體在抗病毒保護免疫中起著關鍵作用。因此，開發CVA16特異性中和抗體并確定其功能、結合表位和工作機制頗為重要，有助于抗CVA16疫苗和藥物的開發。

　　黃忠團隊制備了兩個CVA16特異性的單克隆抗體9B5和8C4。上述抗體具有強的體外中和活性，且在CVA16小鼠感染模型中顯示出有效的預防和治療效果（圖a、b）。生化研究表明，兩個抗體具有不同的中和機制：9B5通過阻斷CVA16與吸附受體硫酸肝素的結合從而抑制病毒吸附到細胞表面；而8C4在病毒吸附后的階段發揮作用，阻礙病毒和脫衣殼受體SCARB2的結合（圖c）。叢堯團隊解析了CVA16病毒顆粒分別結合抗體9B5和8C4所形成復合體的冷凍電鏡結構。兩個體系均獲得了三個不同的構象，并被命名為C1、C2、C3（圖d-o），其中CVA16-9B5-C1和CVA16-8C4-C2的分辨率均達到2.9埃。C1中的CVA16呈現成熟病毒構象（圖d、g、j、m）；C2中的CVA16為緊湊空殼構象，無病毒RNA（圖e、h、k、n）；C3中的CVA16為膨脹空殼構象，顯示出明顯的構象差異，包括衣殼的膨脹、二次軸孔洞的打開、病毒RNA缺失（圖f、i、l、o）。結構分析表明，9B5結合在CVA16的五重軸上，每個單體結合一個9B5 Fab（圖d）。9B5與CVA16峽谷區（canyon）北側結合，且9B5在病毒衣殼上的結合足跡（footprint）可掩蓋吸附受體硫酸肝素的結合位點（圖p），從而抑制CVA16病毒與硫酸肝素受體結合。8C4結合在CVA16的三重軸上（圖j）。8C4只結合緊湊構象的C1和C2狀態，而不結合膨脹構象C3（圖j-o）。此外，研究發現8C4與SCARB2在衣殼上的結合位點和空間上均有沖突（圖q），揭示了8C4抗體抑制CVA16與SCARB2結合的結構基礎。疊加CVA16-9B5-C1和CVA16-8C4-C1的冷凍電鏡結構顯示，8C4和9B5識別不同的、不重疊的表位（圖r），因此這兩種抗體可同時結合同一個CVA16病毒衣殼，組成非競爭性的抗體對。進一步分析表明，該抗體對顯示出比單個抗體更強的中和能力，并展現出阻止病毒逃逸的能力。與此相對的是，當使用單個抗體時，病毒逃逸容易發生。

　　綜上，該研究研發了一對獨特的CVA16中和性單抗，并揭示了它們不同的結合表位以及中和作用機制。這對抗體的組合可作為抗人類CVA16感染的廣譜治療劑展開進一步開發，具有重要的理論意義和潛在的臨床轉化價值。

　　研究工作得到中科院、科技部、國家自然科學基金、上海市科學技術委員會等的支持，并獲得國家蛋白質科學研究（上海）設施冷凍電鏡系統的協助。